本发明涉及一种输电线路工程中数据处理中的分类方法，特别是一种架空输电线路工程激光点云分类方法。
背景技术：
在输电线路设计过程中，dem（数字高程模型（digitalelevationmodel)）主要利用机载激光扫描技术，用于采集线路断面、塔基断面等，可以获取输电线路走廊的点云数据，经过点云滤波分类和编辑后，得到地面点，构建dem，为输电线路安全设计提供重要基础高程资料。在植被茂盛地区，传统基于影像的摄影测量技术无法避免的植被遮挡问题，导致植被下方地面高程无法准确测量，因此制作的dem精度无法保证，而激光点云技术具备一定的植被穿透能力，是目前解决植被遮挡问题最优测量方案。
现有在激光点云数据处理过程中，点云的滤波和分类提取在整个数据处理中大约占60%~80%的工作量，尤其是植被茂盛遮挡严重的地区，需要进行全面的人工检查和编辑。然而人工处理误差大，效率低，且最重要的是容易遗漏输电线路走廊的危险点，这将导致线路施工或运营难以进行，从而产生重大改线情况，甚至是安全事故，造成经济损失、工期延误以及人身和财产损失。
技术实现要素：
本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种处理效率高、有效避免遗漏危险点、确保施工运营稳定运行、提高线路工程安全性的架空输电线路工程激光点云分类方法。
本发明所述目的是通过以下途径来实现的：
架空输电线路工程激光点云分类方法，其要点在于，包括如下步骤：
1）提供点云数据处理系统，导入所获取的输电线路走廊的激光点云数据，并对激光点云数据进行滤波，以剔除明显错误点；
2）根据滤波后的激光点云数据制作数字地表模型dsm；
3）获取输电线路走廊上全部杆塔的设计数据，包括三维坐标、塔型、高程值、绝缘子串长度和最大风偏角，其中高程值为实测高程值；
4）根据各个杆塔的设计数据，遍历全部相邻杆塔，利用悬链线方程模拟各线路弧垂，获取线路最大弧垂并计算最大风偏角；在模拟各线路弧垂基础上，以各高程值统一减去对对线最大安全距离作为缓冲安全距离，并以该缓冲安全距离作为相应的安全弧垂线；
5）以两绝缘子串或导线挂点连线作为旋转轴，分别将线路中心线、左边线和右边线的安全弧垂线连同绝缘子串共同旋转，向左和向右分别旋转0.5倍的最大风偏角，并以线路中心线、左边线和右边线的安全弧垂线因旋转分别构成的三个曲面为各自相应的安全弧垂面；
6）对三个安全弧垂面进行相交处理，并在相交处获取高程最低值，从而构成最大安全弧垂面；
7）将相邻杆塔间的dsm按照边线和范围线分割为5个范围面：①两条边线范围内的为边线面，设为a面；②左边线与左范围线的区域为左范围面，设为b面；③右边线与右范围线的区域为右范围面，设为c面；④左范围线到dsm数据边缘为左风偏面，设为d面；右范围线到dsm数据边缘为右风偏面，设为e面；
8）遍历a~e全部范围面，分别与最大安全弧垂面进行3d相交分析，查找两者相交的范围，提取相交边的闭合线，即危险范围线，并赋不同的颜色：①边线面与最大安全弧垂面的相交生成边线危险范围线，设置为红色；②左范围面和右范围面与最大安全弧垂面相交生成平面危险范围线，设置为洋红色；③左风偏面、右风偏面分别与最大安全弧垂面相交生成风偏危险范围线，设为黄色；
9）根据输电线路电压等级，将风偏危险范围线沿垂直线路且远离线路的方向延伸指定的距离；并将全部的危险范围线制作为点云数据处理系统支持的矢量文件格式；
10）在点云数据处理系统中，按照输电线路走廊地形设定地面点分类参数，包括最大建筑物的边长maxbuildingsize、地表所允许的最大坡度terrainangle和反复参数，并生成初始dem；
11）对初始dem进行地形分析，提取反映地形的各个因子，包括坡度、坡向、高程分带和地形校正，按照地形坡度进行分级以划分为不同的地形类别，然后按照地形类别将点云数据划分为多个子区域；
12）遍历子区域，在初始的地面点分类参数的基础上，对地面点分类参数的反复参数和最大坡度进行迭代，重新开始自动分类，直到分类出的地面点增加小于5%，然后根据得到的自动分类地面点并重新制作dem；
13）在点云数据处理系统中将自动分类地面点渲染出的高程模型与危险范围线文件同时显示，进一步遍历全部危险范围线，计算危险范围线内的地面点密度；
14）对照影像及外业实测高程点，并根据精度设定，查找危险范围线内存在的地面点缺失或密度不足区域，并进行编辑，包括采集高程点和地形拟合；
15）利用外业实测高程点和编辑后的点云地面点，构建最终dem用于制作断面图。
综上所述，本发明提供了一种架空输电线路工程激光点云分类方法，其技术要点和技术效果包括：
1、拟合最大弧垂及最大风偏角下的电力曲线并考虑安全距离，制作最大安全弧垂面，将极端条件下的电力线位置考虑到设计范围中，可以最大程度上模拟现实电力曲线的位置。将最大安全弧垂面与点云制作的dsm进行相交分析，确定危险范围，避免人工主观判断危险区域出错和遗漏。
2、利用地形分析方法对区域地形分类后，可以避免人工主观带来的偏差，同时，通过迭代分类参数进行点云分类，减少人工配置分类参数造成的主观影响，提高自动分类结果的准确性。
3、针对不同危险区域采用不同的点云编辑方法，一方面剔除了对线路绝对无安全影响的区域点云的编辑工作，另一方面可以提高点云处理的针对性，减少了点云编辑的工作量，保证了关键位置dem成果的准确性，更加适应输电线路对dem数据的特殊要求。
4、将外业实测地面高程点与点云中的地面点融合，同时构建dem，提高了数据的利用效率和成果精度。
5、本发明针对影响输电线路工程安全设计过程中，对地理信息数据的特殊要求，进行针对性的处理。通过拟合输电线路和最大工况下的弧垂，查找架空输电线路走廊中的危险区域，通过对点云数据处理方法的优化，对危险区域内的点云进行针对性的检查和重点分析，在避免遗漏危险点的同时，提高点云数据处理的效率和成果质量，为输电线路安全设计、施工和运维提供良好的技术基础。
附图说明
图1为本发明所述的架空输电线路工程激光点云分类方法的步骤流程示意图。
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施方式
最佳实施例：
为提供更好的理解本发明，以下提供本发明所述输电线路及点云数据技术中各名词定义：
线路中心线：输电线路杆塔中心点的连线。
线路边线：输电线路导线边线。
输电线路断面图：沿线路中心先的剖面线，标志沿中心线的地形、被夸地物的位置和高程。输电线路的断面线共三根，左右边线及中心线各截取一根断面。
线路平面图范围：沿线路中心线向左右各20-75m带状区域。
dsm：数字地表模型（digitalsurfacemodel）是指包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地面高程模型。
dem：数字高程模型（digitalelevationmodel)，简称dem，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(digitalterrainmodel，简称dtm)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。
地形类别：根据地形倾角a进行分类：平地：a<3°；丘陵地：3°≤a<10°；山地：10°≤a<25°；高山地：a≥25°
风偏角：输电线路导线受风力作用后偏离铅垂位置，顺线路方向看时，导线偏离铅垂位置的角度。
地形分析：提取反映地形的特征要素，找出地形的空间分布特征。地形分析的各项操作主要以栅格dem为基础，提取反映地形的各个因子：坡度、坡向、高程分带、地形校正等。
3d相交分析：计算多面体要素的交集，以便生成包含重叠体积的闭合多面体，根据公共表面积生成非闭合多面体要素，或根据相交边生成线要素。
悬链线：悬链线（catenary）指的是一种曲线，指两端固定的一条（粗细与质量分布）均匀、柔软（不能伸长）的链条，在重力的作用下所具有的曲线形状。
点云地面点分类参数：在地面点分类的算法中，需要设定几个参数：最大建筑物的边长maxbuildingsize、地表所允许的最大坡度terrainangle、反复参数（iterationangle、iterationdistance，即重复构建三角形时当前点与三角形的距离和夹角），不添加当前点的条件edgelength，停止当前循环退出三角形的条件edgelength。
iterationangle是点和三角形最近顶点的连线与这个三角形所构成平面的最大夹角值，值越小，则点云里面起伏的变化就越小，即会把起伏变化大的点排除在地面模型之外。
iterationdistance可以确保当三角形很大时，重复向上构建三角形没有大的跳跃，有助于把低矮建筑物排除在模型之外，值在0.5米到1.5米之间。
terrainangle是控制地面允许的最大角度。此角度可以根据不同的地形，不同的区域设置不同。平地地区的最大角度都会比较小，有山、山坡的地方就需要设定比较大一些的角度。有高山的时候，最大都可以设置到85左右。
参照附图1，本发明所示架空输电线路工程激光点云分类方法，包括如下步骤：
1、利用点云数据处理系统，导入激光点数据查看，并进行滤波，剔除明显的错误点。
2、利用点云数据制作dsm。
3、获取全部杆塔设计信息（包括三维坐标、塔型、呼高、基降、绝缘子串长度、最大风偏角、不同工况的k值等），其中杆塔高程值为实测高程值。
4、遍历全部相邻杆塔，根据塔位信息及设计参数，利用悬链线方程，模拟线路最大弧垂并计算最大风偏角。
5、在模拟线路弧垂的基础上，缓冲安全距离（电力弧垂的高程值统一减去对线最大安全距离）作为相应的安全弧垂线。
6、分别将中心线和左右边线的安全弧垂线连同绝缘子串共同旋转，旋转轴为两绝缘子串或导线挂点连线，（如果为耐张塔，则不需要考虑绝缘子串长度），左右分别旋转0.5倍的最大风偏角，中心线和左右边线的安全弧垂线旋转构成的曲面为相应的安全弧垂面。
7、对步骤6生成的三个安全弧垂面相交处理，相交处取高程最低值，构成最大安全弧垂面。
8、将相邻杆塔间的dsm按照边线和范围线分割为5个范围面：①两条边线范围内的为边线面（a面）；②左边线与左范围线的区域为左范围面（b面）；③右边线与右范围线的区域为右范围面（c面）；④左、右范围线分别到dsm数据边缘为左、右风偏面（d面、e面）。
9、遍历全部范围面（a~e面），分别与最大安全弧垂面进行3d相交分析，查找两者相交的范围，提取相交边的范围线（闭合线），即危险范围线，并赋不同的颜色：①边线面与最大安全弧垂面的相交生成边线危险范围线，设置为红色；②左范围面和右范围面与最大安全弧垂面相交生成平面危险范围线，设置为洋红色；③左、右风偏面与最大安全弧垂面相交生成风偏危险范围线，设为黄色。
10、根据输电线路等级，按照规范要求，将风偏危险范围线沿垂直线路且远离线路的方向延伸指定的距离（根据电压等级取特定的数值）。
11、将全部的的危险范围线制作为点云处理软件支持的矢量文件格式（如terrasolid支持dwg、dng等）。
12、在点云处理软件中，按照主要地形设定地面点自动分类参数，并生成dem。
13、对dem进行地形分析，并按照坡度角进行分级划分为不同的地形类别，按照地形将点云数据划分为多个子区域。
14、遍历子区域，在初始分类参数的基础上，对地面点分类参数iterationangle和terrainangle进行迭代，重新开始自动分类，直到分类出的地面点增加小于5%，得到的自动分类地面点并制作dem。
16、在点云处理软件中将自动分类地面点渲染出的高程模型与危险范围线文件同时显示。
17、遍历全部危险范围线，计算危险范围线内的地面点密度（单位面积内地面点个数）。
18、对照影像及外业实测点，并根据精度需求，查找危险范围线内存在地面点缺失或密度不足区域，进行编辑，主要包括采集高程点和地形拟合。若危险范围线内地面点数量足够，则进行简单目视检查。
19、利用外业实测高程点和编辑后的点云地面点，统一构建dem。用于制作断面图。
20、完成地面点编辑后，在地面点基础上，提取植被点、房屋点、交叉跨越等类别的点，构建专题高程模型。用于制作树高断面和提取交叉跨越高程信息。
本发明未述部分与现有技术相同。
1.架空输电线路工程激光点云分类方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）提供点云数据处理系统，导入所获取的输电线路走廊的激光点云数据，并对激光点云数据进行滤波，以剔除明显错误点；
2）根据滤波后的激光点云数据制作数字地表模型dsm；
3）获取输电线路走廊上全部杆塔的设计数据，包括三维坐标、塔型、高程值、绝缘子串长度和最大风偏角，其中高程值为实测高程值；
4）根据各个杆塔的设计数据，遍历全部相邻杆塔，利用悬链线方程模拟各线路弧垂，获取线路最大弧垂并计算最大风偏角；在模拟各线路弧垂基础上，以各高程值统一减去对对线最大安全距离作为缓冲安全距离，并以该缓冲安全距离作为相应的安全弧垂线；
5）以两绝缘子串或导线挂点连线作为旋转轴，分别将线路中心线、左边线和右边线的安全弧垂线连同绝缘子串共同旋转，向左和向右分别旋转0.5倍的最大风偏角，并以线路中心线、左边线和右边线的安全弧垂线因旋转分别构成的三个曲面为各自相应的安全弧垂面；
6）对三个安全弧垂面进行相交处理，并在相交处获取高程最低值，从而构成最大安全弧垂面；
7）将相邻杆塔间的dsm按照边线和范围线分割为5个范围面：①两条边线范围内的为边线面，设为a面；②左边线与左范围线的区域为左范围面，设为b面；③右边线与右范围线的区域为右范围面，设为c面；④左范围线到dsm数据边缘为左风偏面，设为d面；右范围线到dsm数据边缘为右风偏面，设为e面；
8）遍历a~e全部范围面，分别与最大安全弧垂面进行3d相交分析，查找两者相交的范围，提取相交边的闭合线，即危险范围线，并赋不同的颜色：①边线面与最大安全弧垂面的相交生成边线危险范围线，设置为红色；②左范围面和右范围面与最大安全弧垂面相交生成平面危险范围线，设置为洋红色；③左风偏面、右风偏面分别与最大安全弧垂面相交生成风偏危险范围线，设为黄色；
9）根据输电线路电压等级，将风偏危险范围线沿垂直线路且远离线路的方向延伸指定的距离；并将全部的危险范围线制作为点云数据处理系统支持的矢量文件格式；
10）在点云数据处理系统中，按照输电线路走廊地形设定地面点分类参数，包括最大建筑物的边长maxbuildingsize、地表所允许的最大坡度terrainangle和反复参数，并生成初始dem；
11）对初始dem进行地形分析，提取反映地形的各个因子，包括坡度、坡向、高程分带和地形校正，按照地形坡度进行分级以划分为不同的地形类别，然后按照地形类别将点云数据划分为多个子区域；
12）遍历子区域，在初始的地面点分类参数的基础上，对地面点分类参数的反复参数和最大坡度进行迭代，重新开始自动分类，直到分类出的地面点增加小于5%，然后根据得到的自动分类地面点并重新制作dem；
13）在点云数据处理系统中将自动分类地面点渲染出的高程模型与危险范围线文件同时显示，进一步遍历全部危险范围线，计算危险范围线内的地面点密度；
14）对照影像及外业实测高程点，并根据精度设定，查找危险范围线内存在的地面点缺失或密度不足区域，并进行编辑，包括采集高程点和地形拟合；
15）利用外业实测高程点和编辑后的点云地面点，构建最终dem用于制作断面图。
技术总结